Co představí podzimní Productronica

Od 60. let minulého století se při stavbě obráběcích strojů, průmyslových robotů a manipulátorů začínají uplatňovat vedle sériových kinematických koncepcí pohybových mechanismů i nové kinematické struktury na bázi paralelních prvků. Zatímco obvyklá koncepce průmyslových robotů je u hlavních pohybů (vedle toho jsou i pohyby zápěstí) postavena na sériové kinematické struktuře otevřeného řetězce rovinných rotačních a translačních kinematických dvojic, představuje paralelní kinematika způsob, kdy jednotlivé prvky mechanismu jsou řazené vedle sebe, tedy paralelně. Pracovní hlavice robotu je přitom umístěna na desce, která je kloubově spojena s rámem několika paralelními rameny s proměnnou délkou. Pro definici polohy plošiny jsou potřebné alespoň tři závěsy, často se dnes používá řešení se čtyřmi nebo šesti rameny. V každém ramenu je většinou soustředěn celý individuální pohybový mechanismus, obvykle lineární motor, jeho řízení a regulace. Vzájemným funkčním propojením činnosti jednotlivých ramen se dosáhne výsledné orientace plošiny a pohybu vůči manipulovanému předmětu, pokud jde o využití těchto systémů u robotů a manipulátorů. Obdobně je tomu při použití paralelní kinematiky u obráběcího stroje, kdy je na desku vyveden výstup vřetena stroje a ovládá se poloha nástroje vůči obrobku. Vedle tohoto základního schématu jsou možné i odlišné další varianty uspořádání kinematických struktur, kdy může být v závěsu umístěn třeba i upínač pro obrobek. S takovou myšlenkou přišel kupř. v poslední době i výrobce obráběcího hexapodu RB 100 Guido Kübler z Bobingenu, v jehož závěsu může být podle užité technologie umístěn jak nástroj ve vysokorychlostním vřetenu, tak i obrobek. Jinak z u nás známých výrobců obráběcích strojů využívá paralelní kinematiku např. německá firma Chiron u svého vertikálního obráběcího centra Chiron Vision nebo u některých frézovacích center firma Deckel Maho. Systematický vývoj paralelní kinematiky ve stavbě obráběcích strojů probíhá ve Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU. Poměrně delší prodleva od počáteční myšlenky použití paralelní kinematiky až po její dnešní intenzivnější využívání se dá přičíst i potřebě delšího vývoje vhodné výpočetní techniky a některým limitujícím technickým omezením, které paralelní kinematiku provázejí, zvláště pak omezená nosnost těchto systémů. Na druhé straně pro vývoj paralelní kinematiky a její aplikace se zasazuje dosahování vyšší tuhosti, rychlosti, zrychlení a přesnosti pohybů. Rychlost, s jakou tyto roboty a manipulátory pracují, vede dnes k jejich oblíbenému využívání při mezioperační manipulaci nebo také u výstupních konfekčních linek v těch oborech, kde jde o manipulaci s hmotnostně drobnějšími díly, jaké se vyskytují např. v potravinářském, ale i strojírenském průmyslu. Ideálním manipulačním prostředkem jsou systémy s paralelní kinematikou při technologiích elektronické výroby, hlavně pak výroby solárních článků a modulů, kde se dnes dosahuje vysoké sériovosti výroby a taky většina výrobců robotů a manipulátorů s kinematickou strukturou zaměřuje svůj program tímto směrem. Jak v tomto směru pokračuje vývoj, ukáže zanedlouho jejich předvedení na podzimním mezinárodním veletrhu technologií elektronické výroby „Productronica 2009“ v Mnichově (10.-13. listopadu). Už dnes avizuje správa Mnichovských veletrhů technologie k využívání solární energie jako jeden z letošních námětových pilířů akce a většina výrobců manipulačních systémů musí být při tom. (Informace a různé služby k tomuto veletrhu lze získat i prostřednictvím Expo-Consult+Servis – www.expocs.cz, která Mnichovské veletrhy v ČR zastupuje.) Rostoucí zájem o roboty a manipulátory s paralelní kinematikou rozšiřuje i řadu jejich výrobců. Mezi novinky v nabídce patří např. delta robot typu IRB 360 od firmy ABB, který na rozdíl od svého předchůdce dosahuje o 50 % větší nosnosti – tentokrát už 3 kg, a při této nosnosti i krátkého taktu pracovního cyklu 0,54 s. Jeho modulová stavba mu umožňuje pracovní rozsah až 1130 mm. Delta roboty má ve své nabídce i ELAU Marktheidenfeld GmbH od společnosti Schneider Electric, která po typu 3P má před zavedením do sériové výroby novinku v podobě typu P4 s pracovním rozsahem 1200 mm při vertikálním rozpětí 225 mm. Nosnost kinematického delta systému je zde podle varianty do 2,5 kg a výrobce uvádí tento typ jako příklad s integrací další, rotační osy, doplňující delta kinematický systém na systém se čtyřmi stupni volnosti. - Výrobcem robotů s paralelní kinematikou je i Manz Automation AG, známý z poslední doby zvláště z vývoje manipulačních prostředků pro potřeby výroby fotovoltaických systémů. Osvědčeným typem je zde Aico DR 1200, rovněž s delta kinematikou, vyvinutý ve dvou verzích, se třemi nebo čtyřmi stupni volnosti. Obsáhne pracovní rozsah o průměru 1200 mm při vertikálním rozmezí 230 až 330 mm. Tento typ robotu dosahuje rychlosti manipulace až 10 m/s a při užitečném zatížení 0,1 kg dosáhne opakovací přesnosti polohování 0,15 mm. Při redukovaném zrychlení je možné zvýšit nosnost až na 2 kg. Pro potravinářský průmysl jsou zajímavé roboty a manipulátory s paralelní kinematikou firmy od imt robot AG. Pod pojmem Ulixes zahrnují tyto systémy vedle polohovacích optických senzorů a kamer, užívaných i u jiných systémů, navíc i speciální senzory, zaměřené na sledování kvality potravinářských výrobků tak, aby se vyloučila další manipulace s jakostně závadným dílem. Všechny tyto dosavadní uváděné systémy pracují na bázi delta kinematiky s třemi paralelními rameny. Pro dosažení vyšší produktivity při manipulaci, a to i při vzájemně neuspořádaných dílech, zvolil si další výrobce systémů s paralelní kinematikou, Adept Technology GmbH, systém označovaný Quattro, kde závěs tří ramen nahradil čtyřmi paralelními rameny. Takový systém dosahuje až 180 manipulačních úkonů za minutu a oproti delta systému s třemi rameny jeho výkonnost je vyšší přibližně o 20 %. K osvědčenému typu Quattro S650 s pracovním rozsahem 1300 mm a nosností 2 kg přichází nyní v další vývojové generaci typ Quattro S659 H, kde užitečné zatížení v celém pracovním rozsahu při stabilních hodnotách rychlosti a extrémního zrychlení může dosahovat až 6 kg. Jak už sám charakter paralelní kinematiky u pohybových systémů napovídá, jeví se její hlavní využití při nasazování ve velkosériové výrobě. Přesto v projektu EU, zaměřeném na podporu konkurenceschopnosti malých a středních podniků, projektu SME robot – Small and Medium-sized Enterprise, je poměrně značná pozornost věnována právě užití takto vybavených robotů a manipulátorů i v podmínkách malosériové výroby. Rámcově celý projekt, jehož řešení probíhá už od roku 2005 a končí v letošním roce, usiluje za podpory předních evropských výrobců robotických systémů o vytvoření zcela nového pojetí cenově přístupných modulárních a interaktivních robotů, s krátkou dobou instalace, jednoduchým ovládáním a možností využití v návaznosti na nejnovější technologie. /jš/